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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,航空航天鋁合金材的熱處理工藝,中色科技蘇州分公司,李鵬輝,2011.4,1,前言,2,鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,3,熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,4,結(jié)束語,主要內(nèi)容,一、前言,航空航天鋁合金主要指：,軍用飛機(jī),民用飛機(jī),航天器,運(yùn)載火箭,導(dǎo)彈武器,一、前言,典型的航空航天用鋁合金產(chǎn)品,預(yù)拉伸板,7075,蒙皮板,模,鍛,件,鍛件、大型整體壁板、大梁型材等。,飛機(jī)用材中，鋁材用量占,80%,以上,一、前言,鋁合金是航天裝備的主要結(jié)構(gòu)材料，一代鋁合金一代高新技術(shù)裝備，歷經(jīng),5,代,發(fā)展，推動了航空航天

2、技術(shù)的發(fā)展,（,1,）,第一代,時(shí)效硬化,高靜強(qiáng)度,；應(yīng)用：,運(yùn),5,、轟,5,（,2,）,第二代,過時(shí)效熱處理,高強(qiáng)耐蝕,；應(yīng)用：,運(yùn),6,、轟,6,、殲,11,、運(yùn),8.,（,3,）,第三代,高純?yōu)榛A(chǔ),，,高強(qiáng)高韌耐蝕,；應(yīng)用：,殲,10,、梟龍、,ARJ21,.,（,4,）,第四代,以精確控制多尺度第二相為基礎(chǔ),超強(qiáng)高韌耐蝕抗疲勞鋁合金,；應(yīng)用：,ARJ21,、,大運(yùn)機(jī),（,5,）,正在研發(fā)第五代,具,有,高淬透性的高綜合性能鋁合金,。應(yīng)用：,大型運(yùn)載工具等,一、前言,隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展和其他材料技術(shù)的發(fā)展，鋁材在性能、規(guī)格方面面臨歷史上最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。鋁合金的發(fā)展以結(jié)構(gòu)的減重、高可

3、靠和長壽命為目標(biāo)，,主攻高強(qiáng)高韌耐蝕抗疲勞高綜合性能、極端環(huán)境的服役性能以及性能均勻、殘余應(yīng)力小的大規(guī)格高性能材料,。這就需要通過,熱處理工藝精確調(diào)控材料圍觀組織,提高鋁合金綜合性能,，滿足航空航天工業(yè)發(fā)展對材料的,苛刻要求，其作用至觀重要、不可或缺,。,二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2.1,鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,（,1,）飛機(jī)上不同部位應(yīng)用的鋁合金,表,1 20,世紀(jì)歐美國家鋁合金在飛機(jī)不同部位的應(yīng)用情況,飛機(jī)上不同部位應(yīng)用的鋁合金主要有,2X24,，,7X75,，,7X5X,等，其合金牌號及熱處理狀態(tài)隨年代的變化，如表,1,所示。,二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2.1,鋁合金在航空領(lǐng)

4、域的應(yīng)用,（,2,）,Boeing777,客機(jī)所用先進(jìn)鋁合金,目前,Boeing777,客機(jī)所用的主要先進(jìn)鋁合金主要有,7055-T77,，,7150-T77,，,2X24-T3,等，如圖,1,所示。,圖,1 Boeing777,采用的先進(jìn)鋁合金,二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2.1,鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,（,3,）客機(jī),A380,所用先進(jìn)鋁合金,目前空客,A380,所用的主要先進(jìn)鋁合金主要有,70 x5,、,2024,等，見圖,2,及表,2,所示。,圖,2,空中客機(jī),A380,所用主要材料,飛機(jī)結(jié)構(gòu),飛機(jī)型號,上翼面蒙皮,桁條,下翼面蒙皮,桁條,機(jī)身蒙皮,桁條,A380,7055,744

5、9,7085,（后梁）,7040,（前梁）,2024HDT,2026,6013_T78,5076,表,2,鋁合金在空中客機(jī),A380,上的應(yīng)用,二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2.1,鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,（,4,）,ARJ21,飛機(jī)各部位采用的鋁合金,圖,3 ARJ21,支線客機(jī)主要鋁合金分布示意圖,我國的,ARJ21,飛機(jī)各部位采用的鋁合金主要包括,7050-T74,，,7150-T77,，,7055-T77,，,2XXX-T3,等，如圖,3,所示。,二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2.1,鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用,（,5,）飛機(jī)上常用鋁合金的特點(diǎn)、用途及狀態(tài),合金,牌號,主要特點(diǎn),主要用

6、途,主要狀態(tài),1420,密度小、抗蝕性好,機(jī)身蒙皮和縱梁、座艙、油箱、艙口蓋、地板、翼肋、管道附件,2024,強(qiáng)度高，有一定耐蝕性，綜合性能較好,飛機(jī)蒙皮、骨架、肋梁、螺旋槳元件等飛機(jī)結(jié)構(gòu)件,T351,、,T4,、,T851,2219,具有較高的室溫強(qiáng)度和高溫持久強(qiáng)度，熱塑性好，無擠壓效應(yīng)，可焊接，抗腐蝕性差,飛機(jī)蒙皮與結(jié)構(gòu)件,T31,、,T37,、,T87,、,T851,、,T3511,2324,高強(qiáng)、高韌,飛機(jī)結(jié)構(gòu)件,T39,2524,高強(qiáng)、高韌、抗疲勞強(qiáng)度高,機(jī)身蒙皮,T3,3003,良好的抗腐蝕性能和延展性、密度小,發(fā)動機(jī)過濾網(wǎng),H22,5052,中等強(qiáng)度、良好的耐蝕性和焊接性、易于加

7、工成形,風(fēng)扇葉片、儲油箱,H32,、,H34,、,H112,表,3,飛機(jī)用主要鋁合金的特點(diǎn)、用途及狀態(tài),合金,牌號,主要特點(diǎn),主要用途,主要狀態(tài),7050,高強(qiáng)、良好的斷裂韌性和抗腐蝕性能、淬火敏感性低,飛機(jī)機(jī)身框架、機(jī)翼蒙皮、艙壁、桁條、加強(qiáng)筋、肋、托架、起落架支承部件、座椅導(dǎo)軌,T7651,、,T7451,、,T73511,、,T76511,、,T7452,7150,高強(qiáng)、優(yōu)良的抗腐蝕性能、優(yōu)良的斷裂韌性和抗疲勞性能,飛機(jī)的上翼結(jié)構(gòu)、機(jī)體板梁凸緣、上面外板主翼縱梁、機(jī)身加強(qiáng)件、龍骨梁、座椅導(dǎo)軌,T651,、,T7751,、,T6511,、,T77511,、,T77,7175,高強(qiáng)、良好的抗

8、腐蝕性、優(yōu)良的斷裂韌性,飛機(jī)外翼梁、主起落架、前起落架動作筒、垂尾接頭,T74,、,T7452,、,T76511,7475,高強(qiáng)、高韌、好的抗疲勞性能和抗腐蝕性能，具有良好的綜合性能,飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼蒙皮、中央翼結(jié)構(gòu)件、翼梁、艙壁、隔板、直升機(jī)艙板、起落架艙門,T61,、,T761,、,T651,、,T7651,、,T7351,7085,高強(qiáng)度鍛造鋁合金，綜合性能高，適合于大截面產(chǎn)品,桁條,T7651,B93,鑄造和壓力加工狀態(tài)各向異性小、良好的成形性、具有最低的臨界冷速率,形狀復(fù)雜的大鍛件、飛機(jī)主起落架閘門的連桿操縱裝置、機(jī)體構(gòu)件、直升機(jī)懸翼夾頭、起落撬、彈射座椅導(dǎo)軌,T1(T6),、,T3(

9、T73),續(xù)表,3,飛機(jī)用主要鋁合金的特點(diǎn)、用途及狀態(tài),二、鋁合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用,2.2,鋁合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用,圖,4,運(yùn)載火箭主要鋁材分布示意圖,鋁合金在航天領(lǐng)域運(yùn)載火箭上的應(yīng)用，主要有,7075,、,20 x4,、,2219,等，如圖,4,所示。,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,航空航天領(lǐng)域主要應(yīng)用高強(qiáng)高韌,2xxx,系和,7xxx,系鋁合金。為了滿足飛機(jī)、運(yùn)載火箭等對鋁合金材料高強(qiáng)、高韌、耐腐蝕、抗疲勞的要求，除了提高熔煉鑄造技術(shù)，從源頭上保證鑄錠質(zhì)量，以及精密的加工技術(shù)外，還需要對鋁合金進(jìn)行必要、精確的熱處理。,高強(qiáng)高韌鋁合金熱處理工藝,均勻化處理,固溶處理,時(shí)效處理,

10、形變熱處理,下面僅以高強(qiáng)高韌,7xxx,系鋁合金為例，以點(diǎn)代面，對航空航天鋁合金的熱處理工藝進(jìn)行簡要描述。,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.1,均勻化處理,均勻化處理,單級均勻化,二級均勻化,連續(xù)均勻化,強(qiáng)化均勻化,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.1,均勻化處理,圖,5 7x50AA,鑄造態(tài)組織（,SEM,）,圖,6 7x50AA,單級均化組織（,SEM,）,465x24h,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.1,均勻化處理,圖,8 7x50AA,雙級均勻化組織（,SEM,）,465x24h+475 x4h,圖,7 7x50AA,雙級均化組織（,SEM,）,46

11、5x24h+475 x2h,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.1,均勻化處理,表,4,均勻化處理對合金性能的影響,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.2,固溶處理,固溶處理,強(qiáng)化固溶,高溫預(yù)析出,常規(guī)固溶處理,復(fù)合固溶處理,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.2,固溶處理,圖,10 7x50AA,常規(guī)固溶組織（,OM,）,470,圖,11 7x50AA,強(qiáng)化固溶組織（,OM,）,450 x1.5h+480 x45min,圖,9,常規(guī)固溶和強(qiáng)化固溶原理示意圖,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.2,固溶處理,時(shí)間,Ts,Ts,Tc,Td,溫度,圖,12,高溫預(yù)析

12、出原理示意圖,圖,13 7x50AA,強(qiáng)化固溶組織（,OM,）,450 x1.5h+480 x45min+440 x30min,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.2,固溶處理,圖,14,高溫預(yù)析出處理影響晶界析出相的模型,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,時(shí)效處理,峰值時(shí)效,雙級時(shí)效,回歸再時(shí)效,高強(qiáng)鋁合金的研制基本上沿著高強(qiáng)度高強(qiáng)度、高韌性高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕、抗疲勞、高綜合性能的路線發(fā)展。隨之熱處理狀態(tài)開發(fā)則是沿著,T6T73T76T736(T74)T77,方向進(jìn)展，也即沿著峰值時(shí)效過時(shí)效回歸再時(shí)效處理的順序發(fā)展。,三、熱處理工藝在

13、航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.1,時(shí)效溫度和時(shí)間對時(shí)效強(qiáng)化效果的影響,強(qiáng)度,時(shí)效溫度,強(qiáng)化,過時(shí)效,圖,15,溫度對時(shí)效強(qiáng)化效果的影響（示意圖）,t,7,t,1,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,時(shí)效時(shí)間,強(qiáng)度,圖,16,在不同溫度下時(shí)效時(shí)合金的強(qiáng)度,與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系,（,t7,t6,t5,t4,t3,t2,t1,）,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.2,峰值時(shí)效,圖,17,高強(qiáng)鋁合金,T6,態(tài)微觀組織示意圖,(a),Al,3,Zr,(b),三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.3,雙級時(shí)效,圖,18,高強(qiáng)鋁

14、合金雙級時(shí)效態(tài)微觀組織示意圖,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.4,回歸在時(shí)效處理（,RRA,）,固溶處理,預(yù)時(shí)效,回歸處理,再時(shí)效,時(shí)間,/h,溫度,/,圖,19 RRA,處理工藝示意圖,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.4,回歸在時(shí)效處理（,RRA,）,回歸時(shí)間,強(qiáng)度、硬度,RRA,R,圖,20,在回歸和回歸再時(shí)效過程中強(qiáng)度和硬度變化示意圖,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.4,回歸在時(shí)效處理（,RRA,）,圖,21 7075,鋁合金在,RRA,處理過程中的顯微組織變化示意圖,(a),峰值時(shí)效（

15、,120/24h,）；,(b),回歸處理（,200,270,）；,(c),二次峰值時(shí)效（,120/24h,）,(h),(i),熱處理狀態(tài),抗拉強(qiáng)度（,MPa,）,屈服強(qiáng)度（,MPa,）,延伸率,(,),晶間腐蝕等級,T6(120/20h),572,537,18.9,4,RRA-(190/60min),593,571,10.5,3,T73-,（,120/20h+165,/12h,）,521,485,9.3,3,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,表,5 7x5xAA,不同時(shí)效處理后性能比較表,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.4,回歸在時(shí)效處

16、理（,RRA,）,1989,年美國的,Alcoa,公司以,T77,熱處理狀態(tài)為名注冊了第一個(gè)可工業(yè)應(yīng)用的,RRA,處理工藝規(guī)范，并將這種工藝用于,7150,鋁合金的熱處理，并首次將經(jīng)過,T77,處理的,7150,鋁合金厚板和擠壓件用于,C,17,軍用運(yùn)輸機(jī)。,第四代高性能鋁合金最關(guān)鍵的,T77,熱處理技術(shù)我國尚未工業(yè)應(yīng)用。,三、熱處理工藝在航空航天鋁合金上的應(yīng)用,3.3,時(shí)效處理,3.3.5,形變熱處理,形變熱處理是通過塑性變形和熱處理相結(jié)合的工藝，用于改善過渡沉淀相的分布及合金的精細(xì)結(jié)構(gòu)，以獲得較高的強(qiáng)韌性及抗蝕性。,最早的工藝是由,Wert,等人在,1981,提出該工藝主要適用宇航結(jié)構(gòu)的合金。實(shí)踐表明，形變熱處理改善,7050,、,7475,合金力學(xué)性能具有明顯的效果。,四、結(jié)束語,綜上，本人認(rèn)為，為了滿足航空航天工業(yè)的發(fā)展，必須繼續(xù)大力發(fā)展鋁合金熱處理工藝技術(shù)，保證其競爭力。,目前，鋁合金熱處理工藝技術(shù)國外已經(jīng)發(fā)展到,370,余種,，我國僅有,100,余種。,第四代高性能鋁合金,最關(guān)鍵,的,T77,熱處理技術(shù)我國尚未工業(yè)應(yīng)用。,世界鋁合金熱處理工藝技術(shù)在發(fā)展的同時(shí)，我國應(yīng)該以生產(chǎn)